Історія сучасної авіації веде відлік від 17 грудня 1903 року
Сьогоднішнє життя неможливо уявити без авіації. З’явившись 120 років тому, літаки назавжди змінили світ і в підсумку зробили його набагато меншим. Розповідаємо, коли був винайдений перший літак, ким були його творці та як проходили випробування апарату.
Американські механіки-самоучки Вілбер і Орвілл Райти зацікавилися авіацією в останні роки XIX століття. Це був час стрімкого технічного прогресу. Однак до здійснення однієї з найзухваліших ідей людини – побудувати машину для польоту повітрям – було, як здавалося тоді, ще дуже далеко. Невдачею закінчилися випробування літаків із паровими двигунами, збудованих Олександром Федоровичем Можайським у Росії, Клементом Адером у Франції, Хайремом Максимом в Англії. Трагічними виявилися експерименти перших планеристів: 1896 року в Німеччині розбився на смерть під час польоту на саморобному планері Отто Лілієнталь, три роки по тому та сама доля спіткала його англійського послідовника Персі Пільчера…
На щастя, прогрес ґрунтується на тому, що окремі невдачі не можуть остаточно зупинити розвиток перспективної ідеї, і врешті-решт вона перемагає. Саме загибель Отто Лілієнталя (точніше, повідомлення про цю подію в пресі) зародила в братах Райт інтерес до авіації.
На шляху до першого у світі літака: ідея планерних польотів
Перший час Вілбер і Орвілл Райти, які жили в невеликому місті Дейтоні, штат Огайо, і працювали механіками у власній велосипедній майстерні, просто читали про авіацію все, що їм вдавалося дістати. А потім довго обговорювали, якою має бути майбутня “літальна машина” і як уникнути помилок їхніх попередників.
Нарешті, 1900 року брати Райт зайнялися конструюванням літальних апаратів. Тоді їхні задуми не поширювалися далі планерних польотів. Крило свого майбутнього планера вони вирішили зробити за зразком американського планера-біплана Октава Шанюта, але на цьому схожість між апаратами закінчувалася. Планер братів Райт не мав хвостового оперення, пілот розташовувався лежачи на нижньому крилі, принципово іншим був метод управління.
Виступаючи 1901 року на засіданні Західного товариства інженерів у Чикаго, Вілбер Райт так пояснював ці нововведення:
“Після довгих роздумів ми врешті-решт дійшли висновку, що хвостове оперення швидше є джерелом неприємностей, ніж допомагає, і вирішили тому зовсім відмовитися від його застосування. Логічно припустити, що за горизонтального – а не вертикального, як на апаратах Лілієнталя, Пільчера і Шанюта – розташування планериста під час польоту аеродинамічний опір був би помітно меншим… Крім того, метод керування, що використовувався Лілієнталем та полягав у переміщенні тіла льотчика, здавався нам недостатньо швидким та ефективним; тому після тривалих обговорень ми вигадали комбінацію, яка складалася б із двох більших поверхонь, як на планері Шанюта, та меншої поверхні, розміщеної на невеликій відстані попереду…
Однак найважливішим нововведенням у конструкції літального апарата, про яке Вілбер не згадав у доповіді, була система поперечного управління за рахунок перекошування крила. Збільшення кута атаки на одному кінці крила і одночасне його зменшення на іншому створювало момент сил, необхідний для вирівнювання кренів і для маневрування в польоті. Це був прообраз елеронів – стандартного органу управління сучасних літаків. Цей спосіб управління планером брати Райт “підгледіли” у птахів.
Свій перший планер брати Райт побудували влітку 1900 року і вже восени провели випробування. Для цього вони обрали відокремлене містечко Кітті-Хок на узбережжі Атлантичного океану. М’який піщаний ґрунт і вітри, що постійно дмуть, робили його дуже зручним для польотів. Апарат масою 22 кілограми, з розмахом крила трохи більше ніж п’ять метрів і з людиною на борту мав запускатися на прив’язі, як повітряний змій. Завдяки такому методу випробувань брати Райт сподівалися отримати хорошу практику в управлінні, не наражаючи себе на велику небезпеку.
Однак цим планам не дано було здійснитися. Підйомна сила крила виявилася значно меншою, ніж очікувалося, і сили вітру було недостатньо, щоб підняти людину в повітря. Тому апарат випробовувався майже завжди без людини, керований із землі. Нетривалі польоти з людиною вдавалися тільки під час плануючих спусків з височин після попереднього розбігу назустріч вітру. Оскільки пілот лежав на крилі і тому не міг брати участь у розбігу, планер розганяли до швидкості зльоту два асистенти, які підтримували апарат за крило.
Успішні випробування
До наступного літа Райти побудували новий планер, більших розмірів. Система управління залишилася такою самою, тільки перекошування крила досягалося тепер не відхиленням ручки, а переміщенням убік дерев’яної рамки, керованої рухом стегон людини, що лежала на крилі.
Випробування нового планера почалися в Кітті-Хок у липні 1901 року. По черзі пілотуючи планер, брати Райт виконали кілька сотень польотів. Максимальна дальність планування становила 118 метрів. Однак винахідники вважали, що вони ще далекі від остаточного успіху.
Перший по-справжньому вдалий планер був створений братами ще через рік. Його будівництву передували дослідження профілю і форми крила в сконструйованій ними ж аеродинамічній трубі. Це дало змогу зробити низку удосконалень, що підвищили аеродинамічну досконалість літального апарата.
Випробування нового планера почалися в Кітті-Хок у липні 1901 року. По черзі пілотуючи планер, брати Райт виконали кілька сотень польотів. Максимальна дальність планування становила 118 метрів. Однак винахідники вважали, що вони ще далекі від остаточного успіху.
Перший по-справжньому вдалий планер був створений братами ще через рік. Його будівництву передували дослідження профілю і форми крила в сконструйованій ними ж аеродинамічній трубі. Це дало змогу зробити низку удосконалень, що підвищили аеродинамічну досконалість літального апарата.
Найважливішим із них було застосування крила більшого розмаху, а також зміна профілю крила. Велике значення мало й удосконалення системи бічного управління. Переконавшись у неможливості контролювати напрямок польоту тільки за допомогою перекошування крила, Райти встановили на новому планері за крилом вертикальне оперення. Воно було пов’язане із системою перекошування крила так, що автоматично поверталося в потрібний бік. Завдяки цьому компенсувалася різниця в опорі опущеного і піднятого крила і з’явилася можливість здійснювати правильні розвороти з креном.
На цьому планері Райти 1902 року виконали близько тисячі польотів. Загальний час перебування в повітрі становив 4 години. Найкращий політ мав дальність 190 метрів і тривав 22 секунди. Наступного року рекордну тривалість польоту було збільшено до 70 секунд. Незважаючи на великі розміри (розмах крила 10 м, площа 30,5 м2), планер надійно керувався навіть за сильного вітру.
І тоді вони задумалися про літак…
На ім’я “Флаєр”: як був влаштований перший літак
Це рішення наклало помітний відбиток на характер діяльності винахідників. Якщо спочатку Райти ставилися до польотів на планерах як до спорту і регулярно знайомили всіх охочих зі своїми досягненнями, то, розпочавши роботу над літаком, вони постаралися засекретити відомості про його конструкцію, розуміючи, що першість у вирішенні проблеми польоту принесе їм популярність і статки.
З цієї причини вони ухилилися від обговорення деталей свого винаходу з американським вченим Семюелем Ленглі, який також займався будівництвом літака, відмовили у візиті в Кітті-Хок французькому планеристу Фердинанду Ферберу.
Двигун і пропелери для літака були виготовлені в Дейтоні протягом зими і літа 1903 року. Зроблений спеціально на замовлення чотирициліндровий бензиновий двигун водяного охолодження потужністю 12 кінських сил був полегшеним варіантом звичайного автомобільного двигуна і важив 90 кілограмів.
Літак був сконструйований за зразком планера 1902 року, але у зв’язку зі збільшеною вагою апарата розміри крила збільшили. Збільшено було і площу органів управління – одинарні поверхні рулів замінили здвоєними. Під крилом встановили полози для посадки на піщаний ґрунт.
Остаточне складання біплана з двома штовхаючими пропелерами, що обертаються в протилежних напрямках, здійснювали восени 1903 року, після прибуття до місця випробувань, у Кітті-Хок. Двигун знаходився на нижньому крилі, збоку від льотчика. Як на апаратах колишніх років, людина розміщувалася в польоті лежачи і керувала перекошуванням крила бічним рухом стегон. Попереду були дві рукоятки, одна – для управління кермом висоти, друга – для вмикання і вимикання двигуна. Злітна вага становила 340 кілограмів, площа крила – 47,4 м2, розмах – 12,3 метра, довжина літака – 6,4 метра, діаметр пропелерів – 2,6 метра.
Через велику вагу літака Райти були змушені відмовитися від колишнього методу старту, коли добровільні помічники з числа місцевих жителів допомагали апарату злетіти, підтримуючи його за крило. Крім того, цей метод міг викликати сумніви, чи був політ здійснений тільки за рахунок потужності двигуна. Тому вирішили, що літак злітатиме без будь-якої допомоги з боку. Передбачалося, що розбіг буде йти по дерев’яній рейці довжиною 18 метрів, верхня поверхня якої обшита залізом. Літак міг котитися по рейці на маленькому візку, що відокремлюється після зльоту. Для зменшення довжини розбігу старт повинен був проводитися строго проти вітру.
Творці першого літака піднімаються в небо
Перші льотні випробування “Флаєра”, як назвали свій літак брати Райт, відбулися 14 грудня. Вітер був слабкий, і, щоб вкоротити розбіг, рейку розташували на схилі піщаного пагорба під кутом 9°. Після 16-метрової пробіжки під ухил із працюючим двигуном літак піднявся в повітря, але через кілька миттєвостей різко задер ніс і впав на крило з висоти близько 5 метрів на м’який пісок. Пошкодження конструкції були невеликі, пілот – Вілбер Райт – не постраждав. Літак перебував у повітрі всього 3,5 секунди. Аварію спричинило занадто різке відхилення керма висоти (як незабаром з’ясувалося, воно було неправильно збалансоване).
17 грудня відбулися повторні випробування літака. Цього дня дув доволі сильний вітер, і зліт проводили з рейки, що лежала горизонтально. Ось витяг зі щоденника Орвілла Райта з описом польотів:
“Після прогріву двигуна протягом декількох хвилин, щоб домогтися його стійкої роботи, о 10.35 я почав перше випробування. Вітер, за даними нашого анемометра, дув у цей час зі швидкістю трохи більше ніж 20 миль – 27 миль відповідно до показань урядового анемометра в Кітті-Хок. Звільнившись від троса [ним літак із працюючим двигуном утримували на місці], машина кинулася вперед зі зростаючою швидкістю, що досягла приблизно 7 або 8 миль. Апарат відокремився від візка, щойно досягнув рейки [рейка складалася з чотирьох частин по 4,5 метра]. М-р Даніельс [службовець розташованої поблизу водної рятувальної станції] зробив фотознімок відразу після відриву машини від землі. Я виявив, що керувати переднім кермом дуже важко через те, що він був збалансований занадто близько до центру і у зв’язку з цим мав тенденцію мимовільно повертатися під час зльоту і відхилявся занадто сильно в один або інший бік”.
У першому польоті “Флаєр”, пілотований Орвіллом Райтом, протримався в повітрі 12 секунд – поки Вілбер Райт притримував його за крило. Протягом того ж дня Райти ще тричі піднімали машину в повітря. Найвдалішим був останній, четвертий політ: літак пролетів 852 фути (260 метрів) за 59 секунд.
Коли брати зробили перерву для відпочинку, сильний порив вітру підхопив апарат і перекинув його. Було зламано крило, сильно пошкоджено трансмісію. Через негоду брати Райт не стали відновлювати літак і повернулися в Дейтон.
Випробування 17 грудня 1903 року були першими в історії авіації польотами літака. Щоправда, раніше на літаках Адера у Франції, Максима в Англії та Ято в Німеччині вдавалося виконувати короткі “підльоти”, але це були лише некеровані стрибки повітрям на кілька десятків метрів, що закінчувалися аваріями. “Флаєр” братів Райт протягом одного дня кілька разів піднімався в повітря і управлявся в польоті.
Успіх, досягнутий братами Райт, був зумовлений правильним підходом до проектування літака. “Простіше додати двигун до добре вивченої ковзної літальної машини [планера], ніж сісти на машину, яка ніколи не літала з людиною”, – писав 1898 року Микола Єгорович Жуковський.
Цього ж принципу дотримувалися брати Райт. Послідовно і методично вдосконалювали вони свій літальний апарат, переходячи від повітряного змія до планера, від планера – до літака. При цьому вони вдало поєднували в собі якості вчених-дослідників, інженерів-проектувальників, механіків і льотчиків-випробувачів.
Протягом кількох років брати Райт продовжували вдосконалювати свій літак. Вони встановили потужніший двигун, застосували незалежне керування кермом напряму і перекошуванням крила, замінили лежаче положення пілота на більш зручне сидяче. У 1908 році Вілбер Райт із тріумфом продемонстрував удосконалений варіант “Флаєра” у Франції. Європейські піонери авіації були вражені льотними властивостями та маневреністю літака. Саме з цього часу система поперечного керування набула повсюдного поширення.
* * *
До початку 1910-х років на зміну літаку братів Райт прийшли нові літаки інших авіаконструкторів. Вони мали звичайне хвостове оперення і були стійкішими та простішими в пілотуванні. У 1912 році старший із братів, Вілбер, помер від тифу, а Орвілл, залишившись один, відійшов від конструкторської діяльності. Він помер у 1948 році.
В США високо цінують заслуги творців першого успішного літака. До 50-річчя від часу першого польоту було опубліковано листи, доповіді та щоденникові записи братів Райт, які й стали основним джерелом при підготовці цієї статті. На місці випробувань літальних апаратів у Кітті-Хок відкрито меморіал братів Райт і створено музей, де демонструються копії їхніх перших планерів. Дбайливо відреставрований літак 1903 року займає почесне місце в експозиції Національного аерокосмічного музею у Вашингтоні.
